認(rèn)知發(fā)展階段理論對(duì)初中化學(xué)教學(xué)的啟示

楊素紅 陸麗萍

摘要：初中生學(xué)習(xí)化學(xué)的過(guò)程像新生兒認(rèn)識(shí)世界一樣，需要經(jīng)歷一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。作者以皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段理論來(lái)指導(dǎo)初中化學(xué)教學(xué)，在物質(zhì)的分類(lèi)教學(xué)中運(yùn)用了直觀感知——形成圖式、樣例歸納——豐富圖式、圖式標(biāo)識(shí)——運(yùn)用圖式、整體構(gòu)建——發(fā)展圖式等四種策略，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知發(fā)展階段理論;初中化學(xué);物質(zhì)的分類(lèi);圖式

文章編號(hào)：1008-0546（2018）12-0037-03中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.012

一、物質(zhì)的分類(lèi)教學(xué)的重要性和存在的困難

對(duì)物質(zhì)進(jìn)行科學(xué)的分類(lèi)，有利于人們把握物質(zhì)的本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系，分門(mén)別類(lèi)地研究物質(zhì)是科學(xué)研究的基本方法。對(duì)種類(lèi)繁多的物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，然后逐一展開(kāi)研究，特別是選擇代表性物質(zhì)，研究各類(lèi)物質(zhì)的通性以及重要物質(zhì)的個(gè)性相結(jié)合，這是化學(xué)研究的重要方法之一，是化學(xué)應(yīng)對(duì)物質(zhì)種類(lèi)繁多的有效策略，也是化學(xué)研究的一個(gè)特點(diǎn)。因此，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，物質(zhì)的分類(lèi)占有極其重要的地位，貫穿中學(xué)化學(xué)的始終，具有重大的意義。

科學(xué)分類(lèi)與日常分類(lèi)有所不同，是按照一定方法、遵循一定規(guī)則進(jìn)行的。日常分類(lèi)多為一般劃分，沒(méi)有一定的方法和規(guī)則，還常常隱藏著邏輯錯(cuò)誤。初中生已有的經(jīng)驗(yàn)中對(duì)物質(zhì)的分類(lèi)屬于日常分類(lèi)，有些與科學(xué)分類(lèi)發(fā)生了嚴(yán)重的沖突，導(dǎo)致學(xué)生的認(rèn)知陷入混亂狀態(tài)。為了進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆诸?lèi)，需要選擇合適的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、遵循合理的分類(lèi)原則。初中生的認(rèn)知大多比較單一，對(duì)于有多種分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的情況常常較難理解。對(duì)于分類(lèi)原則，則常常犯一些邏輯性錯(cuò)誤，如：各子項(xiàng)之和與被劃分的母項(xiàng)不相等，導(dǎo)致分類(lèi)過(guò)寬或過(guò)窄;每一次分類(lèi)沒(méi)有按照同一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致子項(xiàng)重疊或缺漏;多級(jí)分類(lèi)沒(méi)有按照一定層次逐級(jí)進(jìn)行，出現(xiàn)了越級(jí)劃分的現(xiàn)象。

二、用皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段理論解析教材中物質(zhì)分類(lèi)教學(xué)的編排

瑞士心理學(xué)家讓·皮亞杰使用自己創(chuàng)造的臨床法，經(jīng)過(guò)了大量的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了關(guān)于個(gè)體認(rèn)知發(fā)展的一般規(guī)律，稱(chēng)之為認(rèn)知發(fā)展階段理論。該理論認(rèn)為：個(gè)體從出生到成熟的發(fā)展過(guò)程中，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)與環(huán)境的相互作用中不斷重構(gòu)，從而表現(xiàn)出四個(gè)不同階段。這四個(gè)階段有著不同的特征，分別是：感知運(yùn)動(dòng)階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段、形式運(yùn)算階段。所有個(gè)體的認(rèn)知發(fā)展都要經(jīng)過(guò)四個(gè)階段，這四個(gè)階段具有連續(xù)性，沒(méi)有哪個(gè)個(gè)體不經(jīng)過(guò)前面三個(gè)階段而直接進(jìn)入形式運(yùn)算階段，也不可能逆向經(jīng)歷四個(gè)階段。

1975年，美國(guó)普渡大學(xué)Herron教授在發(fā)表的《皮亞杰對(duì)化學(xué)家說(shuō)：解釋“好”學(xué)生無(wú)法理解的內(nèi)容》文章中說(shuō)明：為什么一些好學(xué)生非常努力地學(xué)習(xí)卻無(wú)法在化學(xué)這門(mén)學(xué)科上獲得成功?；瘜W(xué)是在分子、原子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及變化規(guī)律的一門(mén)基礎(chǔ)自然科學(xué)，化學(xué)世界里抽象的概念隨處可見(jiàn)。這部分學(xué)生不能理解化學(xué)中的那些抽象概念，是因?yàn)樗麄兊恼J(rèn)知水平還沒(méi)有達(dá)到形式運(yùn)算階段。

滬教版對(duì)單質(zhì)和化合物的編寫(xiě)方式就是直接給出抽象概念，學(xué)生沒(méi)有經(jīng)歷感知階段，沒(méi)有形成單質(zhì)和化合物的概念圖式，直接達(dá)到形式運(yùn)算階段，在認(rèn)知上存在較大的困難。辨析具體物質(zhì)屬于“單質(zhì)”還是“化合物”尚且困難，更不用說(shuō)判斷“只含有一種元素的物質(zhì)是哪種類(lèi)別的物質(zhì)”這樣復(fù)雜的問(wèn)題了。

初三化學(xué)屬于啟蒙教學(xué)階段，初中生正處在從直觀思維向抽象邏輯思維過(guò)渡的時(shí)期，在教學(xué)中要充分考慮化學(xué)學(xué)科知識(shí)的邏輯順序、學(xué)生的認(rèn)知順序和心理發(fā)展順序，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過(guò)程的和諧統(tǒng)一。

三、利用皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段理論指導(dǎo)物質(zhì)分類(lèi)教學(xué)的策略

皮亞杰強(qiáng)調(diào)“學(xué)生并不是空著腦袋走進(jìn)教室的”。因此教學(xué)中要關(guān)注學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并善于將其用作新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中“生長(zhǎng)”出新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。遵循皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論，結(jié)合教材中物質(zhì)分類(lèi)的學(xué)科知識(shí)以及學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，形成物質(zhì)分類(lèi)教學(xué)的策略。

在皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段理論中，圖式是指一個(gè)有組織、可重復(fù)的行為模式或心理結(jié)構(gòu)，是一種認(rèn)知結(jié)構(gòu)的單元。一個(gè)人的全部圖式組成一個(gè)人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。人們通過(guò)同化或者順應(yīng)來(lái)豐富自己的圖式，發(fā)展自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。在物質(zhì)的分類(lèi)教學(xué)中，學(xué)生首先要形成物質(zhì)的類(lèi)別的穩(wěn)定的圖式，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷、比較、歸納、分析，建立物質(zhì)的分類(lèi)樹(shù)狀圖。

1.直觀感知——形成圖式

（1）實(shí)驗(yàn)感知

利用“測(cè)定空氣中氧氣的含量”實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)混合物和純凈物。空氣因?yàn)槠涮厥庑?，人們長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為它是一種單一的氣體。拉瓦錫通過(guò)在密閉容器中加熱汞得出空氣不是單一氣體的結(jié)論。借鑒拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)，使用紅磷在密閉的容器中燃燒來(lái)測(cè)定空氣中氧氣的含量。紅磷燃燒熄滅后，密閉容器中仍然有氣體存在，非常直觀地向?qū)W生顯示空氣不是單一的氣體，從而得出混合物的概念。

教師也可以利用生活中的常見(jiàn)物質(zhì)做一些趣味性實(shí)驗(yàn)。用玻璃棒蘸取少量食鹽水在酒精燈火焰上加熱，水分蒸發(fā)后有白色固體留下。學(xué)生看到水分蒸發(fā)和白色固體的現(xiàn)象，可以得出食鹽水是食鹽和水組成的混合物。

利用“電解水”實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)單質(zhì)和化合物。長(zhǎng)久以來(lái)，人們一直以為水是一種元素。拉瓦錫通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明水不是一種元素，是由氫元素和氧元素組成的混合物。演示實(shí)驗(yàn)“電解水”得到氫氣和氧氣，學(xué)生認(rèn)為水是由氫氣和氧氣組成的混合物?？梢匝a(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，分別展示氫氣和氧氣，混合后得到的是氣體，證明水不是由氫氣和氧氣組成的，而是氫元素和氧元素組成的。像水這樣由不同種元素組成的純凈物叫做化合物，而像氫氣和氧氣這樣由一種元素組成的純凈物叫做單質(zhì)。增加一個(gè)“氫氣和氧氣混合”的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生直觀地感受到氫氣和氧氣混合得到的是氣體混合物而不是液態(tài)的水。

（2）實(shí)物觀察

觀察生活物品上的標(biāo)簽認(rèn)識(shí)混合物和純凈物。在教室里，學(xué)生往往會(huì)帶一些礦泉水、面包、牛奶、飲料等食品。這些食品的外包裝上面常常會(huì)標(biāo)明該物質(zhì)的成分，帶領(lǐng)學(xué)生朗讀標(biāo)簽上的配料或者成分，有助于學(xué)生識(shí)別混合物和純凈物。

觀察試劑瓶上的標(biāo)簽認(rèn)識(shí)單質(zhì)和化合物。帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室觀察藥品擺放的方式以及試劑瓶標(biāo)簽上藥品的名稱(chēng)或者化學(xué)式，分析其名稱(chēng)或化學(xué)式的共性，從而認(rèn)識(shí)該物質(zhì)歸屬的類(lèi)別。

利用手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)拍攝實(shí)物供學(xué)生觀察分類(lèi)。用手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)拍攝家庭廚房?jī)?nèi)的物品、藥店中的藥品、超市內(nèi)的物品，展示給學(xué)生觀察分析，認(rèn)識(shí)化學(xué)物質(zhì)的多樣性，并進(jìn)行分類(lèi)。

2.樣例歸納——豐富圖式

（1）物質(zhì)歸屬

抽象的化學(xué)概念總是讓學(xué)生望而生畏，使學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷較多的挫敗感。從學(xué)生的認(rèn)知水平和心理發(fā)展水平出發(fā)，采用樣例歸納的方法來(lái)豐富學(xué)生已形成的物質(zhì)分類(lèi)的圖式。

在學(xué)習(xí)了物質(zhì)的類(lèi)別的概念后，學(xué)生又認(rèn)識(shí)了過(guò)氧化氫溶液、高錳酸鉀、氯酸鉀、二氧化錳等大量的物質(zhì)，每每接觸到新物質(zhì)，應(yīng)告訴學(xué)生該物質(zhì)的類(lèi)別，通過(guò)物質(zhì)歸屬，豐富學(xué)生已經(jīng)形成的圖式。當(dāng)學(xué)生已形成的物質(zhì)的類(lèi)別的圖式迅速擴(kuò)容后，可以開(kāi)展下一層級(jí)的物質(zhì)的類(lèi)別的教學(xué)。

（2）模型展示

從微粒的角度認(rèn)識(shí)是非常抽象的，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，是十分困難的。如何解決這個(gè)問(wèn)題，教師在教學(xué)中除運(yùn)用多媒體之外，還需要大量的模型來(lái)輔助。

借助磁石來(lái)擺放原子、分子。如用一個(gè)小磁石表示氫原子，將兩個(gè)小磁石相連表示氫分子，擺放許多這樣的氫分子。請(qǐng)學(xué)生判斷該物質(zhì)是混合物還是純凈物，是單質(zhì)還是化合物。對(duì)于單質(zhì)的分子是由同種原子構(gòu)成的，學(xué)生還是比較容易理解的。若用磁石擺出水分子的模型，讓學(xué)生判斷是混合物還是純凈物時(shí)，大多數(shù)學(xué)生會(huì)說(shuō)是混合物，這是不能從微觀角度認(rèn)識(shí)化合物的本質(zhì)。大量使用原子和分子的模型，學(xué)生的圖式得到極大地豐富，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（3）符號(hào)分析

化學(xué)學(xué)習(xí)有三種水平：宏觀水平、微觀水平和符號(hào)水平。這三種水平是從低到高逐步發(fā)展的。學(xué)生在學(xué)習(xí)了元素符號(hào)和化學(xué)式以后，符號(hào)水平有了一定的提高。教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察物質(zhì)的化學(xué)式，理解該物質(zhì)的元素組成，從而判斷該物質(zhì)所屬的類(lèi)別。

3.圖式標(biāo)識(shí)——運(yùn)用圖式

學(xué)生在建立較為豐富的物質(zhì)類(lèi)別的圖式的基礎(chǔ)之上，教師可以綜合所學(xué)的大量物質(zhì)，請(qǐng)學(xué)生判斷物質(zhì)所屬的類(lèi)別。例如：

我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了關(guān)于空氣、氧氣、水、碳、二氧化碳、氧化銅、鐵、鋁、硫酸、氫氧化鈉和氯化鈉等一系列物質(zhì)的知識(shí)。

為便于記憶和進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)，可以按組成和性質(zhì)對(duì)學(xué)過(guò)的物質(zhì)進(jìn)行整理和分類(lèi)。

（1）根據(jù)物質(zhì)組成是否單一來(lái)分，屬于混合物的是__________，屬于純凈物的是__________。

（2）在純凈物中，根據(jù)組成元素的異同來(lái)分，屬于單質(zhì)的是__________，屬于化合物的是__________ 。

（3）在單質(zhì)中按性質(zhì)的差異來(lái)分，屬于金屬單質(zhì)的是__________，屬于非金屬單質(zhì)的是__________。

（4）在化合物中按組成的差異來(lái)分，屬于氧化物的是__________，屬于酸的是__________，屬于堿的是__________，屬于鹽的是?__________?。

借助于具體的物質(zhì)，標(biāo)識(shí)出各類(lèi)物質(zhì)完整的圖式，不可遺漏或篡改，使學(xué)生對(duì)物質(zhì)的類(lèi)別有了深入的理解。

4.整體構(gòu)建——升華圖式

在給具體物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)的基礎(chǔ)上，觀察各子項(xiàng)的答案，組織學(xué)生辨析：純凈物和混合物的關(guān)系、單質(zhì)和化合物的關(guān)系、氧化物、酸、堿、鹽的關(guān)系。

此時(shí)可以借助歐拉描述邏輯關(guān)系的方法，用圓圈來(lái)直觀地顯示并列、包含、交叉三種概念之間常見(jiàn)的關(guān)系，如下圖：

教師幫助學(xué)生理清物質(zhì)的類(lèi)別之間的邏輯關(guān)系后，指導(dǎo)學(xué)生采用樹(shù)狀分類(lèi)圖描述各類(lèi)別物質(zhì)之間的層級(jí)關(guān)系，促使學(xué)生整體建構(gòu)物質(zhì)的分類(lèi)圖，優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

在學(xué)生形成的物質(zhì)分類(lèi)圖式得到升華之后，脫離具體物質(zhì)的幫助，直接利用物質(zhì)的類(lèi)別概念進(jìn)行邏輯判斷。例如：

只有一種元素組成的物質(zhì)不可能是

A.純凈物 B.混合物

C.單質(zhì) D.化合物

單質(zhì)是由同種元素組成的，由同種元素組成的物質(zhì)一定是單質(zhì)。

離開(kāi)具體物質(zhì)的協(xié)助，來(lái)對(duì)概念進(jìn)行邏輯判斷，需要學(xué)生具備較高的邏輯分析能力，也即到達(dá)了皮亞杰所說(shuō)的形式運(yùn)算水平。

我們通常所說(shuō)的教學(xué)需要循序漸進(jìn)地展開(kāi)，實(shí)際上就暗含著皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論。初中生剛剛接觸到化學(xué)知識(shí)，恰如小學(xué)一年級(jí)的學(xué)生學(xué)習(xí)語(yǔ)文，或者像新生兒感知他周?chē)氖挛镆粯?，教師運(yùn)用皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論來(lái)指導(dǎo)教學(xué)，符合學(xué)生的認(rèn)知水平和心理發(fā)展水平，是科學(xué)的，是有利于學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成的。

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